Overblog Suivre ce blog
Editer l'article Administration Créer mon blog
1 juillet 2014 2 01 /07 /juillet /2014 13:58

Vous êtes-vous déjà demandé comment fonctionnent les panneaux solaires ?

Étudiant en sciences de la matière, j'ai fait comme d'autres le même constat : il est difficile de trouver sur Internet une explication correcte de comment ça marche.

L'explication que je propose est, je l'espère, simple et claire. Vous qui ne connaissez rien êtes avantagés par rapport aux spécialistes, parce qu'ils sont bloqués par des préjugés ;-) .

À quoi ressemble une cellule photovoltaïque ?

mono_crystalline_si_solar_cell.jpg
Une cellule photovoltaïque au silicium.

Un panneau (ou module) photovoltaïque est composé de plusieurs cellules.

solar module
Des panneaux photovoltaïques au silicium.
 

Parlons maintenant avec des schémas.

 

solar_cell_figure.png

 

Le but d'une cellule photovoltaïque est de transformer un flux de lumière en un courant d'électrons, autrement dit, de l'électricité. On va chercher à détacher des électrons des atomes de l'intérieur de la cellule et les pousser jusqu'à un contact électrique qui sera la sortie.

 

Cette transformation de la lumière en électrons libres se fait par un phénomène appelé "effet photoélectrique" que l'on observe avec les matériaux semi-conducteurs.

 

effet photoelectrique

Des particules de lumière arrivent sur le matériau et parfois, sont absorbées et libèrent un électron.

 

Les électrons sont désormais malléables, reste à les pousser jusqu'à la sortie de la cellule, et au circuit électrique, une partie pourra alors alimenter des appareils, une autre reviendra par l'entrée dans la cellule.

Comment mettre les électrons libres en mouvement ? C'est à ce niveau-là que les choses ne sont pas bien expliquées...

Pour rendre les choses plus simples, nous concevrons l'électricité comme un fluide.


Analogie hydraulique :

Voltage : dénivelé
Ampérage : débit
Quantité de fluide électrique : quantité d'eau

Le fonctionnement d'une cellule photovoltaïque se résume dans ce formalisme à ce schéma :

cellule solaire fluide

Une pluie inégale dûe à l'effet photoélectrique alimente le système en fluide électrique. L'inégalité de la pluie est recherchée, car c'est elle qui est le moteur du fluide électrique. Ce qui se passe est une diffusion permanente des électrons : trop serrés, il se poussent.
Le terme asymétrie est utilisé par les chercheurs pour parler de cette différence de concentration en fluide électronique.

 

Un petit peu de vocabulaire :

 

effet photovoltaïque = effet photoélectrique + diffusion des électrons.

 

Regardez le schéma attentivement. ll est très mécanique, fiez-vous à votre intuition. Allez-y, je suis sérieux.


Est-ce qu'il y a quelque chose que vous n'avez pas compris ? N'hésitez pas à poser des questions ou émettre des remarques ^_^ .

 

Notes :

 

1 : En vérité, ce ne sont pas les électrons, mais une énergie qui voyage. Avec l'électricité, l'énergie se déplace à une vitesse proche de celle de la lumière, mais les électrons se déplacent beaucoup plus lentement...

Partager cet article

Repost 0
Published by Bête spatio-temporelle - dans Énergétique
commenter cet article

commentaires

Bête spatio-temporelle 20/10/2014 18:28


Bon, je vais prendre la peine de t'expliquer ma vision des choses.

Imaginons une cellule solaire simple constituée de 2 couches actives : l'une en silicium dopé p, l'autre en silicium dopé n. La couche n a un niveau de Fermi plus élevé que la couche p.
Un système plus sophistiqué avec des couches n++, n+, n, p, p+, p++, correspond à un système avec un niveau de Fermi décroissant.

Le niveau de Fermi, c'est la même chose que le potentiel chimique, et on devrait l'appeler "potentiel particulaire". Je tiens cette idée de cette page :
http://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/def_en/kap_2/advanced/t2_4_1.html.

La mise en mouvement des électrons se fait par diffusion.

.... . .
.... . .
.... . .
.... . .
.... . .
  1   2

Dans ce système à deux couches, la densité en électrons libres est plus importante dans la couche 1 que dans la couche 2. Par diffusion, les électrons se dirigeront vers la droite.

En supposant

niveau de Fermi = potentiel chimique = densité des électrons libres,

on comprend pourquoi les systèmes qui marchent utilisent un niveau de Fermi décroissant de façon monotone, un peu comme un escalier.

J'ai refusé de parler en n+, n, p et p+ parce que je trouvais le langage des niveaux de Fermi équivalent et plus performant.
J'ai parlé non pas d'électrons mais de fluide électronique, car les phénomènes collectifs mis à l'oeuvre se comprennent plus intuitivement avec le modèle d'un fluide.
Quant aux trous, j'aurais pu les garder en parlant de bulles dans le fluide électronique, mais j'ai estimé que ce n'était pas nécessaire.

ElScientifico 02/07/2014 09:33


Pourquoi tu ne parles pas de la création et de la diffusion des paires électron/trou jusqu'à la jonction P-N ? Cela est essentiel pour créer des électrons libres... 

Bête spatio-temporelle 25/07/2014 17:19



"Pourquoi tu ne parles pas de la création et de la diffusion des paires électron/trou jusqu'à la jonction P-N ?"

Tous les jours je me rase au rasoir d'Ockham, et j'ai bien peur d'avoir coupé ces choses-là... :-)



Présentation

  • : L'étoile du marin, site web de Corentin CHAROUSSET
  • L'étoile du marin, site web de Corentin CHAROUSSET
  • : Sciences humaines, exactes ou naturelles, philosophie, politique, arts... Je vous emmène sur les flots dans un voyage aux mille escales, avec toujours le même objectif dans la longue-vue : l'étoile du marin, ou l'idéal qui anime l'homme qui a de l'espoir.
  • Contact

Recherche